CN103094692A - 槽孔天线 - Google Patents

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CN103094692A CN2011104380453A CN201110438045A CN103094692A CN 103094692 A CN103094692 A CN 103094692A CN 2011104380453 A CN2011104380453 A CN 2011104380453A CN 201110438045 A CN201110438045 A CN 201110438045A CN 103094692 A CN103094692 A CN 103094692A
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苏威诚
王承文
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Abstract

一种槽孔天线包含基板、耦合式馈入结构及接地件。耦合式馈入结构设置于基板的顶面。耦合式馈入结构包含第一耦合件及第二耦合件。第二耦合件分离地设置于第一耦合件的侧旁。接地件电性连接于基板的底面并具有槽孔。部份槽孔设于第一耦合件与第二耦合件的下方。

Description

槽孔天线
技术领域
本发明是有关于一种槽孔天线，特别是有关于一种可使槽孔缩小化的槽孔天线。
背景技术
天线是一种可以将电路中的电磁能量相互转换的耦合组件或导电系统。举例来说，传送信号时，天线会将操作频率的无线信号电能转变成电磁能量辐射到周遭的环境。接收信号时，天线将接收操作频率的无线信号电磁能量辐射转变成电能提供给接收器处理。一般而言，可通过辐射场型(RadiationPattern)、折返损耗(Return Loss)、天线增益(Antenna Gain)...等参数来判断天线的特性与效能。
由于不同的通讯产品的操作频率及所需的功能不尽相同，故其用以辐射或接收信号的天线设计具有多样化，例如偶极天线(dipole antenna)、单极天线(monopole antenna)、行进波进天线(Traveling-Wave Wire antenna)、螺旋型天线(Helical antenna)、涡状天线(Spiral antenna)、环型天线(Ring antenna)、微带天线(Microstrip Antenna)、印刷天线(Print Antenna)...等。其中，为了在无线网络的应用上，希望产品能在水平面上有良好的覆盖范围，一般都使用偶极天线(dipole antenna)来得到全向性的辐射场型，但是偶极天线的缺点为会凸出产品，增加产品体积与设计上的难度，而微带天线则具有体积小、重量轻、低成本与容易产制的优点。因此，为进一步缩减产品体积，微带天线是非常值得采用的方式。现行的微带天线有多种的馈入方法，如同轴电缆馈入、微带线馈入、共平面波导馈入(CPW)...等。为了增大微带天线的有效频宽，另一现行的馈入方式为利用槽孔耦合的方式。
然而，对于传统封闭式的槽孔天线，由于其所需的共振长度为无线信号操作频率波长的1/2倍，因此其槽孔将占据较大的接地面空间，较不适合应用于手持式行动通讯装置内。而习知开路式的槽孔天线，虽然其槽孔所需的共振长度可缩小为无线信号操作频率波长的1/4倍，但在现今电子产品皆朝向小型化的趋势下也渐渐不敷使用。因此，发展出共振长度更小的槽孔天线，是此业界必须刻不容缓投入探讨与研究的课题。
发明内容
为解决习知技术的问题，本发明的一技术样态是一种槽孔天线，其主要是使用本发明所提出的耦合式馈入结构以激发天线共振模态，进而达成使槽孔所需的共振长度缩小为无线信号操作频率波长的1/8倍的成效。并且，本发明的槽孔天线可通过调整耦合式馈入结构的几何尺寸而使其的等效容抗或感抗相对应地改变，进而使槽孔天线获得所需的辐射特性，接着，利用耦合式馈入结构的第二耦合件接地，等效于植入一对地电感，可以用以补偿槽孔短于自然共振长度时的高容抗特性，进而缩小所需的槽孔的长度。另外，本发明的槽孔天线应用于一般的电子装置上时，可将槽孔直接设置于电子装置的金属背盖上，进而达到可免去天线辐射净空区域的优点。再者，本发明以微带线形式所制成的耦合式馈入结构形成等效电容，还可省去设置实体电容的成本。
根据本发明一实施例，一种槽孔天线用以传送一无线信号。槽孔天线包含基板、耦合式馈入结构以及接地件。基板具有顶面以及底面。耦合式馈入结构设置于顶面。耦合式馈入结构包含第一耦合件以及第二耦合件。第二耦合件分离地设置于第一耦合件的侧旁。接地件电性连接于底面并具有槽孔。部份槽孔设于第一耦合件与第二耦合件的下方。
于本发明的一实施例中，上述的第一耦合件包含第一耦合部。第二耦合件包含第二耦合部。第一耦合部与第二耦合部大体上平行第一方向并排地设置于顶面。
于本发明的一实施例中，上述的槽孔呈封闭状。槽孔于垂直第一方向的第二方向上具有长度。长度为无线信号波长的1/2倍或1/4倍。
于本发明的一实施例中，上述的槽孔呈开路状。槽孔于垂直第一方向的第二方向上具有长度。长度为无线信号波长的1/8倍。
于本发明的一实施例中，上述的槽孔具有开口。槽孔于第一方向上的宽度朝远离开口的方向渐扩。
于本发明的一实施例中，上述的第二耦合件进一步包含弯折部。弯折部连接第二耦合部。第一耦合部与弯折部两者沿第一方向之间相隔第一宽度，耦合式馈入结构整体的容抗值可通过改变第一宽度而调整。
于本发明的一实施例中，上述的第一耦合部具有第二宽度，耦合式馈入结构的感抗值可通过改变第二宽度而调整。
于本发明的一实施例中，上述的第一耦合部与第二耦合部两者沿第二方向之间相隔第三宽度，耦合式馈入结构整体的容抗值可通过改变第三宽度而调整。
于本发明的一实施例中，上述的第一耦合部位于顶面的边缘。
于本发明的一实施例中，上述的基板具有贯孔。贯孔邻近第二耦合件远离第一耦合件的一端。第二耦合件经由贯孔电性连接接地件。
于本发明的一实施例中，上述的第二耦合件具有短路点，且第二耦合件以短路点经由贯孔电性连接接地件。
于本发明的一实施例中，上述的第一耦合件更包含馈入部，其与第一耦合部电性连接。
于本发明的一实施例中，上述的馈入部为微带线或同轴电缆线。
于本发明的一实施例中，上述的槽孔呈L型。
于本发明的一实施例中，上述的槽孔呈U型。
于本发明的一实施例中，上述的接地件为电子装置的金属背盖。
于本发明的一实施例中，上述的槽孔为金属背盖的出音孔。
于本发明的一实施例中，上述的金属背盖具有标志(Logo)。槽孔为标志的一部份。
于本发明的一实施例中，上述的基板为印刷电路板或软性电路板。
附图说明
图1A为绘示本发明一实施例的槽孔天线的上视图。
图1B为绘示图1A中的槽孔天线的侧视图。
图2为绘示图1A中的耦合式馈入结构的局部放大图。
图3A为绘示图1A中的槽孔天线另一实施例的局部上视图。
图3B为绘示图1A中的槽孔天线另一实施例的局部上视图。
图3C为绘示图1A中的槽孔天线另一实施例的局部上视图。
图3D为绘示图1A中的槽孔天线另一实施例的局部上视图。
图4为绘示图1A中的槽孔天线应用于电子装置的局部剖视图。
符号说明
1：槽孔天线                    10：基板
10a：顶面                   10b：底面
100：贯孔                   12：耦合式馈入结构
120：第一耦合件             120a：第一耦合部
120b：馈电点                120c：馈入部
122：第二耦合件             122a：第二耦合部
122b：弯折部                122c：短路点
14：接地件
140、240、340、440、540：槽孔
140a：开口                  16：前盖
3：扬声器                   A1：第一方向
A2：第二方向                W1：第一宽度
W2：第二宽度                W3：第三宽度
L：长度
具体实施方式
以下将以附图揭露本发明的多个实施例，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施例中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些习知惯用的结构与组件在附图中将以简单示意的方式绘示的。
本发明的一技术态样是一种槽孔天线。更具体地说，其主要是使用本发明所提出的耦合式馈入结构以激发天线共振模态，进而达成使槽孔所需的共振长度缩小为无线信号操作频率波长的1/8倍的成效。并且，本发明的槽孔天线可通过调整耦合式馈入结构的几何尺寸而使其的等效容抗或感抗相对应地改变，进而使槽孔天线获得所需的辐射特性，接着，利用耦合式馈入结构的第二耦合件接地，等效于植入一对地电感，可以用以补偿槽孔短于自然共振长度时的高容抗特性，进而缩小所需的槽孔的长度。另外，本发明的槽孔天线应用于一般的电子装置上时，可将槽孔直接设置于电子装置的金属背盖上，进而达到可免去天线辐射净空区域的优点。再者，本发明以微带线形式所制成的耦合式馈入结构形成等效电容，还可省去设置实体电容的成本。
请参照图1A与图1B。图1A为绘示本发明一实施例的槽孔天线1的上视图。图1B为绘示图1A中的槽孔天线1的侧视图。
如图1A与图1B所示，本发明的槽孔天线1可以应用于计算机装置(例如，个人计算机、笔记型计算机、平板计算机…等)或是消费性电子产品(例如，手机、对讲机…等)，但并不以此为限。换言之，本发明的槽孔天线1可以应用于任何具有无线电收发功能的电子产品，只要电子产品对于其本身的体积或天线的尺寸有缩小化的需求，皆可通过应用本发明使槽孔天线1的槽孔140有效地缩小化的概念而达到。
如图1A与图1B所示，于本实施例中，槽孔天线1可用以传送一特定频率的无线信号。
槽孔天线1包含基板10、耦合式馈入结构12以及接地件14。槽孔天线1的基板10可为以FR4玻璃纤维板、FRP玻璃纤维板或陶瓷基板做为基材的印刷电路板，或软性电路板，但并不以此为限。槽孔天线1的基板10具有顶面10a及底面10b。槽孔天线1的耦合式馈入结构12设置于基板10的顶面10a。槽孔天线1的耦合式馈入结构12包含第一耦合件120以及第二耦合件122。耦合式馈入结构12的第二耦合件122分离地设置于第一耦合件120的侧旁。槽孔天线1的接地件14电性连接于基板10的底面10b，并且具有槽孔140。接地件14的部份槽孔140设于耦合式馈入结构12的第一耦合件120与第二耦合件122的下方。
如图1A所示，于本实施例中，耦合式馈入结构12的第一耦合件120包含呈直条状的第一耦合部120a，第二耦合件122也包含呈直条状的第二耦合部122a。第一耦合件120的第一耦合部120a与第二耦合件122的第二耦合部122a大体上平行第一方向A1并排地设置于基板10的顶面10a。另外，于本实施例中，接地件14的槽孔140呈开路状。因此，接地件14的槽孔140具有开口140a。接地件14的槽孔140于垂直第一方向A1的第二方向A2上具有长度L。本发明通过在基板10的顶面10a与底面10b分别设置上下部份重叠的耦合式馈入结构12以及槽孔140，通过耦合式馈入结构等效了电容值与电感值补偿槽孔140原本需要的长度，以达成使槽孔140所需的长度L由槽孔天线1所发射无线信号波长的1/4倍缩小为无线信号波长的1/8倍的成效。
然而，本发明的耦合式馈入结构12并不限于只能使用于具有开路式槽孔140的槽孔天线1。于一实施例中，接地件14的槽孔140亦可呈封闭状。依据槽孔天线的原理，具有封闭式槽孔的槽孔天线，其槽孔所需的长度可为槽孔天线所发射的信号的波长的1/2倍。
如图1A所示，于本实施例中，第一耦合件120的第一耦合部120a位于基板10的顶面10a的边缘。当耦合式馈入结构12越靠近基板10的边缘时，本发明的槽孔天线1即可获得越好的辐射表现。然而，于实际应用中，槽孔天线1的耦合式馈入结构12并不一定必须设置于基板10的边缘，可依据设计所需(例如，配合基板10上其它电路组件的布局)或制造上的限制(例如，让位设计)而弹性地调整耦合式馈入结构12相对基板10边缘的距离。
如图1B所示，于本实施例中，槽孔天线1的基板10具有贯孔100。基板10的贯孔100邻近第二耦合件122远离第一耦合件120的一端。第二耦合件122经由基板10的贯孔100电性连接位于基板10底面10b的接地件14。在此要说明的是，当槽孔天线1的槽孔140短于自然共振长度(槽孔天线1相对的操作频率波长的1/2倍)时，槽孔天线1的特征阻抗会呈现高容抗特性。因此，为了补偿此高容抗特性，本实施例使耦合式馈入结构12的第二耦合件122接地，此举等效于植入一对地电感，可以用以补偿高容抗特性。
如图1A以及图1B所示，于本实施例中，耦合式馈入结构12的第一耦合件120更包含馈入部120c，其与第一耦合部120a电性连接。馈入部120c具有馈电点120b，第二耦合件122具有短路点122c。第一耦合件120的馈电点120b与第二耦合件122的短路点122c分别位于接地件14的槽孔140的两侧，并且第二耦合件122以短路点122c经由基板10的贯孔100电性连接接地件14。
请参照图2。图2为绘示图1A中的耦合式馈入结构12的局部放大图。
如图2所示，于本实施例中，耦合式馈入结构12的第二耦合件122进一步包含弯折部122b。第二耦合件122的弯折部122b连接第二耦合部122a远离第一耦合件120的一端。第二耦合件122的弯折部122b大体上沿第二方向A2弯折(可平行或不平行第二方向A2)，并且第一耦合部120a的末端正对第二耦合件122的弯折部122b。因此，第一耦合部120a的末端与第二耦合件122的弯折部122b之间具有第一宽度W1。由于本发明的耦合式馈入结构12通过第一耦合件120的第一耦合部120a与第二耦合件122的第二耦合部122a形成等效电容，因此第一耦合部120a与第二耦合部122a两者之间沿第一方向A1的重叠范围会影响耦合式馈入结构12整体的容抗值。换言之，本发明的耦合式馈入结构12所形成的等效电容的容抗值，可通过改变第一耦合部120a的末端与弯折部122b之间的第一宽度W1而获得调整。当第一宽度W1变小时，代表第一耦合部120a与第二耦合部122a之间的重叠范围变大(亦即，电容值(Capacitance)变大)，则耦合式馈入结构12所形成的等效电容的容抗值变小，故槽孔天线1相对的操作频率会往低频偏。相对地，当第一宽度W1变大时，代表第一耦合部120a与第二耦合部122a之间的重叠范围变小(亦即，电容值变小)，则耦合式馈入结构12所形成的等效电容的容抗值变大，故槽孔天线1相对的操作频率会往高频偏。
另外，于本实施例中，第一耦合件120的第一耦合部120a具有第二宽度W2。第一耦合部120a的第二宽度W2会影响耦合式馈入结构12整体的感抗值(Reactance)。换言之，本发明的耦合式馈入结构12的感抗值，可通过改变第一耦合部120a的第二宽度W2而获得调整。当第二宽度W2变小时，代表耦合式馈入结构12的电感值(Inductance)变大，则槽孔天线1相对的操作频率会往低频偏。相对地，当第二宽度W2变大时，代表耦合式馈入结构12的电感值变小，则槽孔天线1相对的操作频率会往高频偏。再者，于本实施例中，第一耦合部120a与弯折部122b两者沿第二方向之间相隔一第三宽度W3，耦合式馈入结构12整体的容抗值可通过改变第三宽度W3而调整。当第一宽度W3变小时，代表第一耦合部120a与第二耦合部122a之间的距离变近(亦即，电容值变大)，则耦合式馈入结构12所形成的等效电容的容抗值变小，故槽孔天线1相对的操作频率会往低频偏。相对地，当第一宽度W3变大时，代表第一耦合部120a与第二耦合部122a之间的距离变远(亦即，电容值变小)，则耦合式馈入结构12所形成的等效电容的容抗值变大，故槽孔天线1相对的操作频率会往高频偏。
于本实施例中，耦合式馈入结构12的馈入部120c为微带线或同轴电缆线，但并不以此为限。
综上所述，本发明可分别通过改变第一耦合部120a的末端与弯折部122b之间的第一宽度W1、第一耦合部120a的第二宽度W2以及第一耦合部120a与弯折部122b之间相隔的第三宽度W3，而调整槽孔天线1的容抗值与感抗值，不仅可调整槽孔天线1的操作频率与阻抗匹配，使其能于符合预期的辐射特性下进行运作，亦可通过耦合式馈入结构12等效的电容值及电感值补偿槽孔140原本需要的长度。再者，利用耦合式馈入结构12的第二耦合件122接地，等效于植入一对地电感，可以用以补偿槽孔140短于自然共振长度时的高容抗特性，进而缩小所需的槽孔140的长度，达成使槽孔140所需的共振长度缩小为操作频率波长的1/8倍的成效。
举例来说，假设采用厚度为0.8mm、介电系数为4.4的FR4基板，此时，预完成一发射频率为2.46GHz的槽孔天线，则其所对应的波长即约为74mm(公厘)，那么槽孔的长度为1/8倍的波长约为9.25mm。
请参照图3A、图3B、图3C以及图3D。图3A为绘示图1A中的槽孔天线1另一实施例的局部上视图。图3B为绘示图1A中的槽孔天线1另一实施例的局部上视图。图3C为绘示图1A中的槽孔天线1另一实施例的局部上视图。图3D为绘示图1A中的槽孔天线1另一实施例的局部上视图。
如图3A至图3D所示，接地件14的槽孔140的形状可改变为如图3A中呈L型的槽孔240、如图3B中呈U型的槽孔340、如图3C中于第一方向A1(可参考图1A)上增加宽度的槽孔440，或者如图3D中的槽孔540于第一方向A1上的宽度朝远离开口140a(可参考图1A)的方向渐扩(亦即，远离图3D中的基板10的边缘)，但并不以此为限。只要符合本发明于上述对于槽孔天线1的设计原则下，接地件14的槽孔140的形状可依照设计所需(例如，美感)或制造上的限制(例如，让位设计)而弹性地调整。
请参照图4。图4为绘示图1A中的槽孔天线1应用于电子装置的局部剖视图。
如图4所示，于本实施例中，本发明的槽孔天线1可应用于一电子装置中。电子装置包含有金属背盖以及前盖16。因此，槽孔天线1可以直接将其接地件14制作成电子装置的金属背盖，并不需额外再制作一导电的金属片作为槽孔天线1的接地件14。于本实施例中，电子装置还包含有设置于金属背盖以及前盖16之间的扬声器3，可利用金属背盖的出音孔作为槽孔天线1的槽孔140，使金属背盖的出音孔可同时提供扬声器3出音，并作为槽孔天线1的一部分。
另外，若电子装置的金属背盖上有标志(Logo)，则槽孔天线1的槽孔140还可充作标志的一部份。举例来说，某D公司的标志包含英文字母L，则槽孔天线1的槽孔140可制造成L型而成为某D公司的标志的一部分。
由以上对于本发明的具体实施例的详述，可以明显地看出，本发明的槽孔天线主要是使用本发明所提出的耦合式馈入结构以激发天线共振模态，进而达成使槽孔所需的共振长度缩小为无线信号波长的1/8倍长度的成效。并且，本发明的槽孔天线可通过调整耦合式馈入结构的几何尺寸而使其的等效容抗或感抗相对应地改变，进而使槽孔天线获得所需的辐射特性，接着，利用耦合式馈入结构的第二耦合件接地，等效于植入一对地电感，可以用以补偿槽孔短于自然共振长度时的高容抗特性，进而缩小所需的槽孔的长度。另外，本发明的槽孔天线应用于一般的电子装置上时，可将槽孔直接设置于电子装置的金属背盖上，进而达到可免去天线辐射净空区域的优点。再者，本发明以微带线形式所制成的耦合式馈入结构形成等效电容，还可省去设置实体电容的成本。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当根据权利要求所界定的内容为准。

Claims (19)

1.一种槽孔天线，用以传送一无线信号，其特征在于，该槽孔天线包含：
一基板，具有一顶面及一底面；
一耦合式馈入结构，设置于该顶面，该耦合式馈入结构包含：
一第一耦合件；以及
一第二耦合件，分离地设置于该第一耦合件的侧旁；以及
一接地件，电性连接于该底面并具有一槽孔，其中部份该槽孔设于该第一耦合件与该第二耦合件的下方。
2.如权利要求1所述的槽孔天线，其特征在于，该第一耦合件包含一第一耦合部，该第二耦合件包含一第二耦合部，该第一耦合部与该第二耦合部大体上平行一第一方向并排地设置于该顶面。
3.如权利要求2所述的槽孔天线，其特征在于，该槽孔呈封闭状，该槽孔于垂直该第一方向的一第二方向上具有一长度，该长度为该无线信号波长的1/2倍或1/4倍。
4.如权利要求2所述的槽孔天线，其特征在于，该槽孔呈开路状，该槽孔于垂直该第一方向的一第二方向上具有一长度，该长度为该无线信号波长的1/8倍。
5.如权利要求4所述的槽孔天线，其特征在于，该槽孔具有一开口，该槽孔于该第一方向上的宽度朝远离该开口的方向渐扩。
6.如权利要求2所述的槽孔天线，其特征在于，该第二耦合件进一步包含一弯折部，该弯折部连接该第二耦合部，该第一耦合部与该弯折部两者沿该第一方向之间相隔一第一宽度，该耦合式馈入结构整体的容抗值可通过改变该第一宽度而调整。
7.如权利要求2所述的槽孔天线，其特征在于，该第一耦合部具有一第二宽度，该耦合式馈入结构的感抗值通过改变该第二宽度而调整。
8.如权利要求2所述的槽孔天线，其特征在于，该第一耦合部与该第二耦合部两者沿第二方向之间相隔一第三宽度，该耦合式馈入结构整体的容抗值通过改变该第三宽度而调整。
9.如权利要求2所述的槽孔天线，其特征在于，该第一耦合部位于该顶面的边缘。
10.如权利要求1所述的槽孔天线，其特征在于，该基板具有一贯孔，邻近该第二耦合件远离该第一耦合件的一端，该第二耦合件经由该贯孔电性连接该接地件。
11.如权利要求10所述的槽孔天线，其特征在于，该第二耦合件具有一短路点，且该第二耦合件以该短路点经由该贯孔电性连接该接地件。
12.如权利要求1所述的槽孔天线，其特征在于，该第一耦合件更包含：
一馈入部，其与该第一耦合部电性连接。
13.如权利要求12所述的槽孔天线，其特征在于，该馈入部为微带线或同轴电缆线。
14.如权利要求1所述的槽孔天线，其特征在于，该槽孔呈L型。
15.如权利要求1所述的槽孔天线，其特征在于，该槽孔呈U型。
16.如权利要求1所述的槽孔天线，其特征在于，该接地件为一电子装置的一金属背盖。
17.如权利要求16所述的槽孔天线，其特征在于，该槽孔为该金属背盖的一出音孔。
18.如权利要求16所述的槽孔天线，其特征在于，该金属背盖具有一标志，该槽孔为该标志的一部份。
19.如权利要求1所述的槽孔天线，其特征在于，该基板为一印刷电路板或一软性电路板。
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